DE1078701B

DE1078701B - Transportbehaelter fuer bestrahlte Brennelemente

Info

Publication number: DE1078701B
Application number: DEH36081A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Paul Hans Bangert
Original assignee: Henschel Werke GmbH
Current assignee: Henschel Werke GmbH
Priority date: 1959-04-11
Filing date: 1959-04-11
Publication date: 1960-03-31

Description

Transportbehälter für bestrahlte Brennelemente Die Erfindung betrifft einen Transportbehälter für radioaktive, Zerfallswärme erzeugende, im Reaktor bereits ausgenutzte Brennelemente mit Schutzmantel, vorzugsweise einen Bleimantel, der die Abstrahlung nach außen verhindert.
Bei Reaktoranlagen besteht bekanntlich die Notwendigkeit, die bestrahlten; Brennelemente nach einer gewissen Betriebszeit auszubauen und durch neue zu ersetzen.
Die verbrauchten. Brennelemente sind stark radioaktiv und erzeugen außerdem eine Zerfallswärme, die abgeführt werden. muß, wenn die Elemente entweder zur Aufarbeitung oder zur UnschädEchmachung über längere Strecken transportiert werden müssen..
Für den. Transport solcher Elemente werden transportable Schutzbehälter, vorzugsweise Bleikammern, benötigt, wie sie in kleinen Abmessungen zum Transport von radioaktiven Elementen. und Isotopen bekannt sind.
Die Brennelemente von Reaktoranlagen sind längliche Körper oder Stäbe, im allgemeinen über 3 m lang, dieTranspoirtgefäße von solcherL änge erfordern, daß der Transport in horizontaler Lage vorgenommen werden muß.
Die horizontale Lage macht jedoch die Wärmeabfuhr schwierig und erfordert im allgemeinen den Einbau vom mechanischen Umwälzeinrichtungen für das oder die Kühlmittel, die im allgemeinen in mehreren Kreisläufen vorgesehen werden müssen, damit eine effektive Abschirmung der radioaktiven Strahlen gewährleistet ist.
Es ist unbequem während eines Bahntransportes oder eines Transportes auf Schiffen, insbesondere während des Umla:devorganges vom. einem Transportmittel zum anderen, wie es bei einem längeren Transportweg unvermeidlich ist, ständig für die erforderliche Energie zu sorgen, um die Umwälzeinrichtung in Tätigkeit zu halten.
Bei dem erfindungsgemäßen Transportbehälter ist innerhalb des Bleimantels ein primärer Kühlmittelkreislauf angeordnet, während ein sekundärer, Kühlmittelkreislauf in seinem Wärme abgebenden Teil nach außen verlegt ist, wobei die Wärmeübertragung durch die stehende Anordnung des ganzen Gefäßes nur durch Konvektion erfolgt.
Es ist nach der erfindungsgemäßen Ausführung möglich, bei einer gegebenen Länge der Brennelemente bis zu 3,8 m diese -senkrecht stehend oder hängend zu transportieren unter völliger Ausnutzung .der Höhe des Eisenbahnprofils und gleichwohl allseitig die erforderliche Bleischutzschicht von etwa 30 cm für das Transportgefäß beizubehalten. Hierbei sind genügende Höhenunterschiede für einen natürlichen Kühlmittelumlauf vorhanden. Es wird hierbei erreicht, daß das Kühlmittel in senkrechten Durchflußräumen aufgeheizt und in eine aufsteigende Bewegung versetzt wird, während es in ebenfalls senkrecht angeordneten Räume. seine Wärme abgibt und dabei nach unten strömt. Es entstehen auf diese Weise Kreisläufe, die sich in beheizte Steigkammern, und gekühlte Fallkammern aufteilen.
Die Bewegung des Kühlmittels wird bei derartigen Kreisläufen dadurch inGang gesetzt, daß die erwärmte Wassersäule ein geringeres spezifisches Gewicht hat als die kühlere Wassersäule, und da die Höhe dieser beiden Wassersäulen gleich ist, ist das absolute Gewicht dies warmen Kühlmantelstranges geringer als das absolute Gewicht des kühleren Stranges. Je länger die Kühlmittelsäulem. sind, um so größer ist .der Gewichtsunterschied und um so wirksamer wird der Umlauf.
Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transportbehälters.
Abb. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch den Behälter; Abb. 2 zeigt einen Schnitt in Richtung A-B gemäß Abb. 1; Abb. 3 zeigt einen halben Schnitt -in Richtung C-D der Abb. 1; Abb. 4 zeigt einen halben Schnitt in Richtung E-F der Abb.1.
In einem Druckgefäß 1 von beispielsweise viereckigem Querschnitt sind die Brennelemente2 aufgestellt bzw. aufgehängt, so daß sie sich frei unter dem Einfloß der erzeugten Wärme ausdehnen können. Das Gefäß ist durch einen abnehm:baren Deckel 3 verschlossen. Der eigentliche Mantel 4 des Druckgefäßes umschließt die quadratische Führungskammer 1 zylindrisch. Der quadratische Mantel der Kammer 1 ist mit dem äußeren zylindrischen, Mantel 4 durch zwei Rohrböden 5,5' verbunden, in die eine großeAnzahl dünner Rohreh parallel zu denBrennelementen eingezogen ist.
Die Befestigung dieser Rohre 6 in den Rohrböden 5 erfolgt in bekannter Weise durch Einwalzen oder Einschweißen. Damit ist der erste Kreislauf oder Primärkreislauf des Kühlmittels hergestellt. Das Kühlmittel, beispielsweisse Wässer; umfließt die Brennelemente, die das Wasser aufheizen: Das Wasser gerät dann, in, dem quadratischen Querschnitt in eine aufsteigende Bewegung, während es in den außen angeordneten Rohren 6 nach unten zurückströmt.
Dieser thermische Fluß wird, dadurch erreicht, daß die Rohre von einem anderen Kühlmittel, beispielsweise ebenfalls Wasser, im Gegenstrom umspült werden.
Zu diesem Zweck sind am oberen und unteren Ende des zylindrischen. Druckgefäßes vier Ringkammern 7 angeordnet, die ihrerseits mit dem Sekundärkühlsystem in Verbindung stehen.
Das bisher geschilderte System ist nun völlig nach außen hin durch einen zylindrischen Bleimantel 8 umschlossen, der die radioaktive Abstrahlung verhindert.
Durch diesen Bleimantel 8 treten an Stellen, die nicht der direkten Strahlung unterworfen sind, Rohre9 nach außen., die mit ringförmigen, am oberen, und unteren Ende des Transportgefäßes außen angeordneten Sammelkammern 10, 10' verbunden sind.
Zwischen diesen Sammelkammern sind wiederum senkrecht zahlreiche Fallrohre 11 vorgesehen, die vorzugsweise in derForm ausgeführt sind, da-B ihreOberfläche durch Rippen 12 wesentlich größer ist als die innere Wandfläche der Rohre. Die Rohre bieten daher nach außen eine erheblich größere Kühlfläche, die genügend groß ist, daß die Wärmeabfuhr an die umgebende Luft erfolgen kann.
Der sekundäre Kühlmittelkreislauf wird also auf der Heizseite durch den Ringraum 7 gebildet, der zwischen dem zylindrischen und dem quadratischen. Mantel des Druckgefäßes entstanden ist, das zurAu.fnahme der Brennelemente dient. Die Kühlseite .dieses Sekundärkreislaufes wird außerhalb des Bleimantels durch die beiden Ringräume 10, 10' und die verbindenden Fallrohrbündel 11 gebildet.
Das ganze System ist so ausgelegt, daß es in der Höhe das Eisenbahnprofil nicht überschreitet und, in der Breite zwischen die beiden Längsträger 13 eines vorhandenen Spezialwaggons der Deutschen Bundesbahn eingehängt werden kann.
Zu diesem Zweck sind geeignete Stützpratzen 14 angeordnet, die sich auf die Längsträger abstützen. und mittels. deren das Gefäß zum Transport auf diesen Längsträgern befestigt werden kann.
Weitere Stützpratzen 15 sind am unteren Ende; des Gefäßes vorgesehen, die ein Absetzen des Gefäßes auf den Fußboden oder geeigneten Fun@damen,tplatten ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Transportgefäßes für ausgenutzte Brennelemente stellt eine Verbesserung gegenüber den bekannten Transportgefäßen dadurch dar, daß keine mechanischen, durch äußere Kraftquellen in Gang gehaltenen Umwälzeinrichtungen erforderlich sind. Die Kühlwirkung bzw. Wärmeabfuhr ist dadurch automatisch gesichert, solange der Transport währt und solange das Gefäß in senkrechter Lage verbleibt.
Durch dieAnordnung derStützpratzen und weiterer Aufhängeasen., die in den Abbildungen nicht gezeichnet sind, ist die Gewähr gegeben, daß beim Umladen und Absetzen des Gefäßes stets die senkrechte Lage eingehalten wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Transportbehälter für radioaktive, Zerfallswärme erzeugende, im Reaktor bereits ausgenutzte Brennelemente mit Schutzmantel, vorzugsweise einem Bleimantel, der die Abstrahlung nach außen verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Bleimantels ein primärer Kühlmittelkreislauf angeordnet ist, während ein sekundärer Kühlmittelkreislauf in seinem Wärme abgebenden Teil nach außen verlegt ist, wobei die Wärmeübertragung durch die stehende Anordnung des ganzen Gefäßes nur durch thermische Konvektion erfolgt.
2. Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (1) zur Aufnahme der Brennelemente (2) aus einem inneren, vorzugsweise quadratischen Mantel und einem äußeren zylindrischenMantel (4) besteht, die durch Rohrböden (5, 5') im oberen und unteren Ende miteinander verbunden sind, in welche senkrechte Kühlrohre (6) eingezogen sind.
3. Transportbehälter nach den Ansprüchen 1 und, 2, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen und unteren Ende Ringkammern (10, 10') vorgesehen sind, die durch außerhalb des hauptsächlichen Strahlungsbereiches angeordnete radiale Bohrungen im Zylindermantel mit den Zwischenräumen zwischen dem inneren und äußeren Mantel verbunden sind.
4. Transportbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 3, -dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammern (7) mit einem äußeren Kühlsystem verbunden sind, das durch einen oberen und einen unteren Ringraum (10, 10') und dazwischen, befindliche senkrechte Fall- oder Kühlrohre (11) gebsldet wird.
5. Transportbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere äußere Ringraum (10) im Querschnitt größer ausgebildet ist als der untere Ringraum (10') und als Ausgleichsgefäß mit Luftpolster für den Sekundärkreislauf dient.
6. Transportbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Fallrohres (11) zur Erzeugung einer für Luftkühlung erforderlichen Kühlfläche mit Rippen (12) versehen sind.
7. Transportbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelseite des Druckgefäßes am oberen Ende mit einem Luftpolster versehen ist, wodurch die Wärmeausdehnung des Kühlmittels im Primärkreislauf ermöglicht wird. B.
Tranisportbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Stützpratzen zur Abstützung des Transportgefäßes auf einem Eisenbahnfahrzeug und die Stützpratzen zur Aufstellung des Transportgefäßes, auf dem Boden so angeordnet sind, daß stets die senkrechte Aufstellung des Transportgefäßes gewährleistet ist.
9. Transportbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung der Aufhängeösen oberhalb des Schwerpunktes beim Anheben des Transportgefäßes durch einHeb.ezeug die senkrechteLage gewährleistet ist.